人物如何利用现场总线技术的发展历程保护工业RS-485网络免受故障影响
在工业现场，RS-485网络是连接设备和传感器的关键。然而，这些网络容易受到故障的影响，如电缆接线错误、电缆弯曲导致绝缘损坏等。这些问题可能会引起数据与电源之间的短路。在这种情况下，过压保护收发器可以帮助保持系统运行，但它们需要具备高于最大可能DC电源电压的高DC与交流隔离。
为了进一步保护RS-485数据线，我们还需要使用具有特定开关特性的瞬态电压抑制器（TVS）。TVS可以防止静电、瞬态脉冲干扰以及雷击等高额过電壓对数据线造成的影响。
瑞萨电子提供了一系列具有过压保护功能的RS-485收发器，如图1所示。这些收发器能够承受±60V AC和DC过電壓，并且通过双折返限流来限制输出功耗。在发生严重短路时，它们还具有热关断功能，以防止芯片温度升高。
除了外部ESD保护措施，收发器内部也配备了可控硅整流器（SCR）进行内部ESD保护。当外部电压超过触发阈值时，这些设备开始导通，以防止在正常操作期间误触发。
为了确保系统安全，我们还需要为每条数据线安装一个TVS以提供额外的瞬态保护。如图4所示，这种设计不仅能够处理正负脉冲，还能保证钳位特性是对称的。这意味着即使在共模变化较小的情况下，也能提供完整±20V共模范围，从而满足RS-485规范。此外，每个单独节点都能得到长距离网络中的信号完整性保障，而不会对高速点对点数据链路产生影响。
设计稳健过電壓保護方案就像做RF设计一样重要，因为我们必须考虑到ESD和EFT脉冲频谱范围从30Hz到300MHz。此外，我们应该确保GND和VCC参考平面是连续铜平面，以及走线布局应尽量减少返回路径中的阻抗变化。最后，将TVS放置靠近板连接端口，并将其布局朝向输入端子的方向，使得先经过电视子再进入收发器总线端子，从而最小化穿透效果。
总之，结合使用有OVP能力的RS-485收发器及其与Semtech TVS组合，可以大幅度减少成本、空间需求并缩短开发时间，为各种应用提供多种瞬态保护解决方案。
